[發(fā)明專利]鎂及鎂合金表面硅烷化的處理方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310488884.5
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103526194A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 喬麗英;王勇;王維朗;高家誠
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: C23C22/02
• 分類號: C23C22/02;C23C22/78;C23C22/73
• 代理公司: 重慶志合專利事務(wù)所 50210
• 代理人: 胡榮琿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬材料的表面處理方法，特別涉及一種鎂及鎂合金表面硅烷化的處理方法。

技術(shù)背景

鎂是最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料,被譽(yù)為21世紀(jì)最有前途的綠色結(jié)構(gòu)材料；鎂及鎂合金具有很多優(yōu)異的性能,但是其耐腐蝕性能差,成為其應(yīng)用的最大障礙，如何提高其耐蝕性能是各國目前亟需攻克的難題。當(dāng)前主要從鎂合金純化、添加合金元素、快速凝固及表面處理等方面進(jìn)行研究。其中，表面處理方法因為有效易行成為人們研究的熱點(diǎn)。到目前為止,主要采用的表面處理方法，如化學(xué)轉(zhuǎn)化膜、陽極氧化處理、微弧氧化、高能（離子/電子/激光等）束改性、各種有機(jī)涂層、鍍層等。上述表面處理方法對鎂合金的防護(hù)具有一定的效果，但也存在使用有毒試劑污染環(huán)境、設(shè)備要求高或者耐蝕效果欠佳等問題，因此人們?nèi)栽趯で蟾鼮槔硐氲逆V合金表面處理方法。

另外，由于鎂及其合金具有良好的生物相容性、力學(xué)相容性以及可腐蝕降解性能，使其具有在生物材料領(lǐng)域應(yīng)用的巨大潛力，從而成為當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。將鎂及其合金用于生物材料的時其耐蝕性要求更嚴(yán)格，有機(jī)硅烷鈍化技術(shù)是有希望替代傳統(tǒng)的鉻酸鹽處理的新興表面處理技術(shù)之一。通過選擇合適的硅烷鈍化體系，可以在金屬表面得到結(jié)構(gòu)致密，耐蝕性好的鈍化膜。硅烷偶聯(lián)劑易合成、對環(huán)境友好，表面處理過程無毒、無污染，已引起了人們的廣泛關(guān)注。硅烷鈍化處理也存在著一些不足，如：硅烷溶液儲存期短、硅烷膜層自修復(fù)性能的較差，不能滿足生產(chǎn)中對金屬基體表面性能要求較高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種鎂及鎂合金表面硅烷化的處理方法，該方法通過簡便易行的預(yù)處理，使鎂及鎂合金基體獲得理想的表面狀態(tài)，并通過合適的工藝參數(shù)制得無毒環(huán)保耐腐蝕的硅烷膜，該工藝采用對人體無害試劑，生產(chǎn)過程簡單，成本低，不會污染環(huán)境，而且該類膜層具有良好的生物相容性，硅烷膜層自修復(fù)性能的好，可以滿足生產(chǎn)中對金屬基體表面性能要求較高的要求，特別適合用于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的鎂基材料。

本發(fā)明所述鎂及鎂合金表面硅烷化的處理方法，其特征在于，有以下步驟：

A.清洗鎂及鎂合金材料表面打磨清洗鎂及鎂合金材料表面；

B.將經(jīng)步驟A處理后的鎂及鎂合金材料置于pH=10～11的NaOH溶液的反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱預(yù)處理，加熱溫度為120～150℃，保溫時間3～6小時，鎂及鎂合金材料表面獲到氫氧化鎂預(yù)處理層；

C.將步驟B處理后的鎂及鎂合金材料，依次在蒸餾水、無水乙醇中用超聲清洗5～10分鐘；

D.將經(jīng)步驟C處理后的鎂及鎂合金材料用硅烷乙醇溶液浸泡40～80s，其硅烷乙醇溶液的溶液溫度為15～40℃，pH=5.5～6.5，浸泡后用硅烷乙醇溶液進(jìn)行硅烷膜的固化，將鎂及鎂合金的表面硅烷化。

步驟A所述的清洗鎂合金材料表面的步驟為，打磨清洗鎂及鎂合金材料表面，經(jīng)丙酮超聲清洗，水洗后，在無水乙醇中超聲清洗5～10分鐘。

步驟D所述的硅烷乙醇溶液在硅烷體積分?jǐn)?shù)為2.5～4%，蒸餾水體積分?jǐn)?shù)為5%。

所述硅烷為烷基類硅烷偶聯(lián)劑或氨丙基類或環(huán)氧基類硅烷偶聯(lián)劑或其它可以溶于有機(jī)溶劑中的無毒性的硅烷偶聯(lián)劑。

步驟D中的所述的硅烷乙醇溶液需經(jīng)過24h水解后使用。

步驟D所述的硅烷膜固化的溫度為90～110℃，時間為1～1.5h。

本發(fā)明有以下特點(diǎn)：

1.生產(chǎn)工藝簡單，不需要特殊的設(shè)備，有生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)。

2.能明顯提高鎂合金的耐腐蝕性能。腐蝕電流密度測試和腐蝕產(chǎn)生的氫氣量測試結(jié)果均顯示，經(jīng)過本發(fā)明方法處理的材料耐蝕性比未采用本發(fā)明方法處理的材料明顯提高。

3.本發(fā)明通過在NaOH溶液中的水熱預(yù)處理，獲得氫氧化鎂預(yù)處理層。該水熱預(yù)處理不僅進(jìn)一步清潔了鎂合金基體表面，同時在材料表面得到致密的羥基化的氫氧化鎂膜層，該膜層不僅與鎂合金基體結(jié)合緊密，而且提供了羥基，使得有機(jī)硅烷水解后的硅醇基團(tuán)與之發(fā)生脫水縮合反應(yīng)生成共價鍵，在本發(fā)明的工藝參數(shù)下，鎂合金表面能夠形成與基體結(jié)合力強(qiáng)、均勻致密的硅烷自組裝鈍化膜，有效地控制了鎂合金的腐蝕速度。

本方法所述方法中，硅烷水解后的硅醇基團(tuán)與NaOH和鎂合金材料表面產(chǎn)生的羥基生成共價鍵,通過化學(xué)鍵合將硅烷分子組裝到其表面，從而形成硅烷自組裝鈍化膜。

4.不論工件形狀如何，采用本發(fā)明方法均可在工件的表面獲得耐蝕性優(yōu)良的均勻、致密的表面層，由于工件表面形成的保護(hù)膜層極薄，不會影響零部件的表面尺寸。

5.本發(fā)明所述方法工件表面的保護(hù)層無毒，利于環(huán)保，且具有良好的生物相容性，適合用于生物醫(yī)用材料領(lǐng)域的鎂基材料。